i

TUGAS AKHIR

Pengembangan Desain dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana

Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi

Tugas Akhir ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S1

Pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

ARIANTO SUYATNO PUTRO

D 200 090 043

JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

SEPTEMBER 2013

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan

judul “Pengembangan Desain Dan Konstruksi Alat Produksi Gas Metana

Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi”

Yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar sarjana

S1 pada jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari

skripsi yang sudah dipublikasikan dan pernah dipakai untuk mendapatkan

gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta

atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya

cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, September 2013

Yang menyatakan,

Arianto Suyatno Putro

vi

RINGKASAN

Proses pembentukan biogas dari sampah organik dapat dilakukan

dengan proses gasifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan

desain dan konstruksi alat produksi gas metana dari sampah organik

dengan cara dibakar, desain ini dilakukan untuk menutup kelemahan

desain alat terdahulu, mengetahui pengaruh dimensi tangki absorber

terhadap waktu nyala efektif gas metana dan jumlah kalor pendidihan air

menggunakan bahan organik sekam padi.

Tangki absorber memiliki dua tipe tangki A dan tangki B. Pengujian

diawali dengan perakitan instalasi alat produksi gas metana dengan

bahan bakar sampah organik sekam padi yang terdiri dari blower, reaktor

pembakaran, tangki absorber, ember, pipa pvc, keran, kompor dan

beberapa alat ukur lainnya yang dirangkai dalam satu sistem.

Pembentukan gas menggunakan jenis thermal process gasification dan

prinsip kerjanya menggunakan jenis updraft gasifikasi setiap 5 kg sekam

padi meliputi volume air yang dapat didihkan, lama waktu nyala efektif

serta perubahan temperatur 1 liter air setiap dua menit.

Alat produksi gas metana dari sampah organik terdiri dari reaktor

pembakaran dengan diameter 570 mm, tinggi 530 mm, diameter udara

masuk 25 mm, diameter udara keluar 30 mm dan tangki absorber tipe A

diameter 580 mm, tinggi 890 mm, diameter lubang isap 19 mm dan jumlah

lubang 4 serta tangki absorber tipe B diameter 280 mm, tinggi 520 mm,

diameter lubang isap 19 mm dan jumlah lubang 3. Hasil pengujian dengan

tangki absorber tipe A dapat menyala selama 46 menit dan jumlah kalor

pendidihan air 569,2 kJ dan pada tangki absorber tipe B dapat menyala

selama 36 menit dan jumlah kalor pendidihan air 569,2 kJ.

Kata kunci: Gasifikasi, Biogas, Tangki absorber, Gas Metana, Kalor

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum. Wr. Wb

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas

berkah dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian tugas

akhir ini dapat terselesaikan.

Tugas akhir berjudul “Pengembangan Desain Dan Konstruksi Alat

Produksi Gas Metana Dari Pembakaran Sampah Organik Sekam Padi”

dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu penulis

pada kesempatan ini dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati

menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-

besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Sartono Putro, MT selaku pembimbing utama yang telah

memberikan dukungan serta arahan dalam penulisan laporan tugas

akhir ini.

2. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT selaku pembimbing pendamping yang

telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan tugas

akhir ini.

3. Ibunda tercinta Dra. Hening Widi Lilalilaningsih yang selalu

memberikan semangat dan dukungan baik moril maupun materil

serta alm. Ayah Ir. Suyatno yang mana ini merupakan impian beliau

untuk menjadikan putra pertamanya sebagai seorang sarjana

Teknik Mesin, semoga di alam sana beliau dapat melihatnya.

4. Aditya Nugroho sp adik tercinta yang selalu memotivasi untuk

menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir ini.

5. Riski Nugroho teman seperjuangan dalam penelitian tugas akhir ini

terima kasih atas support dan kerja samanya selama penelitian.

6. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2009 begik, eka spons,

ridwan cuki, rifa’i ipik, nur burhan kimochi, andi susu serta teman-

viii

teman lain yang tidak bisa disebut kan satu persatu terima kasih

atas bantuan dan dukungannya selama menempuh masa

perkuliahan.

Dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini penulis

menyadari bahwa hasil laporan yang penulis kemukakan masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari

pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Selain itu penulis juga

berharap dengan adanya laporan ini bias membantu memberikan

tambahan pengetahuan dan motivasi untuk pembaca pada umumnya dan

penulis khususnya guna meningkatkan pengetahuan.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, September 2013

Arianto Suyatno Putro

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul.................................................................................................................i

Pernyataan Keaslian Skripsi......................................................................................ii

Halaman persetujuan..................................................................................................iii

Halaman pengesahan.................................................................................................iv

Lembar Soal Tugas Akhir............................................................................................v

Ringkasan.......................................................................................................................vi

Kata Pengantar............................................................................................................vii

Daftar Isi..........................................................................................................................ix

Daftar Gambar..............................................................................................................xii

Daftar Tabel.................................................................................................................xiv

Daftar Simbol................................................................................................................xv

BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1

1.1 Latar Belakang...........................................................................................1

1.2 Perumusan Masalah................................................................................3

1.3 Pembatasan Masalah..............................................................................3

1.4 Tujuan Penelitian......................................................................................4

1.5 Manfaat Penelitian....................................................................................4

1.6 Metodologi Penelitian..............................................................................5

1.7 Sistematika Penulisan.............................................................................6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA..................................................................................8

2.1 Tinjauan Pustaka.......................................................................................8

x

2.2 Dasar Teori...............................................................................................10

2.2.1 Biogas.............................................................................................10

2.2.2 Pengertian Umum Tentang Sampah Sebagai Bahan

Baku Biogas...................................................................................12

2.2.3 Gasifikasi........................................................................................15

2.2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas..........................................18

2.2.5 Gas Metana...................................................................................19

2.2.6 Kalor................................................................................................20

BAB III METODE PENELITIAN.............................................................................22

3.1 Diagram Alir Penelitian..........................................................................22

3.2 Alat dan Bahan Penelitian....................................................................23

3.2.1 Peralatan Penelitian....................................................................23

3.2.2 Bahan Penelitian..........................................................................34

3.3 Skema Alat................................................................................................34

3.4 Tahap Penelitian.....................................................................................35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................................37

4.1 Percobaan Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan Tangki

Absorber Tipe A......................................................................................37

4.2 Percobaan Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan Tangki

Absorber Tipe B......................................................................................41

4.3 Pembahasan Gasifikasi Sekam Padi Menggunakan Tangki

Absorber Tipe A dan Tipe B................................................................45

xi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................48

5.1 Kesimpulan........................................................................................ ......48

5.2 Saran........................................................................................ .................50

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.....................................................................22

Gambar 3.2. Reaktor pembakaran........................................................................23

Gambar 3.3. Detail reaktor pembakaran.............................................................23

Gambar 3.4. Tutup reaktor pembakaran.............................................................25

Gambar 3.5. Detail tutup reaktor pembakaran...................................................25

Gambar 3.6. Pengaduk.............................................................................................26

Gambar 3.7. Detail pengaduk.................................................................................27

Gambar 3.8. Tangki absorber (tipe A dan tipe B) ............................................28

Gambar 3.9. Detail tangki absorber tipe A..........................................................28

Gambar 3.10. Detail tangki absorber tipe B........................................................29

Gambar 3.11. Kompor variasi.................................................................................30

Gambar 3.12. Blower.................................................................................................31

Gambar 3.13. Timbangan analog..........................................................................31

Gambar 3.14. Stopwatch .........................................................................................32

Gambar 3.15. Thermometer....................................................................................32

Gambar 3.16. Gelas ukur.........................................................................................33

Gambar 3.17. Anemometer digital.........................................................................33

Gambar 3.18. Sekam padi.......................................................................................34

Gambar 3.19. Instalasi alat pembakaran sampah organik ............................34

xiii

Gambar 4.1. Hubungan antara temperatur air dengan waktu pada

gasifikasi 5 kg sekam padi menggunakan tangki absorber

tipe A............................................................ ........................................37

Gambar 4.2. Energi pada 5 kg sekam padi menggunakan tangki

absorber tipe A............................................................ ......................40

Gambar 4.3. Hubungan antara temperatur air dengan waktu pada

gasifikasi 5 kg sekam padi menggunakan tangki absorber

tipe B ............................................................ .......................................41

Gambar 4.4. Energi pada 5 kg sekam padi menggunakan tangki

absorber tipe B............................................................ ......................44

Gambar 4.5. Hubungan antara temperatur air dan waktu pada 5 kg

sekam padi menggunakan tangki absorber tipe A dan

tangki absorber tipe B......................................................................45

Gambar 4.6. Energi rata-rata pendidihan 2 liter air menggunakan

tangki absorber tipe A dan tangki absorber tipe B

pada 5 kg bahan sekam padi.........................................................46

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Komposisi biogas...................................................................................12

Tabel 2.2. Komposisi sampah.................................................................................15

Tabel 4.1. Kalor pendidihan air pada gasifikasi 5 kg sekam padi

menggunakan tangki absorber tipe A...............................................39

Tabel 4.2. Kalor pendidihan air pada gasifikasi 5 kg sekam padi

menggunakan tangki absorber tipe B...............................................44

xv

DAFTAR SIMBOL

Simbol Satuan

Q = Kalor ( J )

m = Massa ( kg )

∆h = (hf2 - hf1), Entalphi pendidihan air ( kJ/kg )

Ė = Laju energi ( J/s )

t = Waktu ( s )